En las últimas décadas, el avance en términos de poder computacional ofrece la capacidad de analizar más detalladamente el comportamiento de los materiales. Por un lado, profundizar los materiales para estudiar una dimensión cada vez más pequeña y capturar micro o nanocambios. Por otro lado, la capacidad de memoria computacional permite realizar análisis de elementos finitos con miles de millones de nodos, lo que permite obtener resultados lo más exacto posible. El objetivo de este trabajo es la modelización numérica del comportamiento microescala de materiales no homogéneos, con especial atención a los materiales compuestos, en condiciones de carga termo-mecánica, y la aplicación de herramientas de optimización de las leyes constitutivas, así como en a nivel macro y micro estructural. La tesis se propone como un compendio de artículos publicados en revistas internacionales. En la primera publicación, se presenta un micro-modelo basado en el daño mecánico, capaz de representar los comportamientos mecánicos de las estructura de mampostería. El micro-modelo propuesto se basa en un modelo de daño continuo por tensión-compresión. La adopción de criterios de daño apropiados permite al analista controlar la dilatancia del material, aunque este aspecto no está generalmente asociado a los modelos de daño continuo como lo es para los modelos de plasticidad. El estudio propone una solución simple a este problema, que consiste en la definición apropiada de las superficies de daño bajo estados de tensión de cortante junto con la formulación de leyes de evolución apropiadas para las variables de daño. El modelo mantiene el formato simple y eficiente de los modelos de daños clásicos, donde la evaluación explícita de las variables internas evita los procedimientos iterativos anidados, aumentando así el rendimiento computacional. Otro objetivo de esta investigación es realizar una comparación crítica del micro-modelo continuo propuesto con otras dos estrategias bien conocidas de micro-modelado discreto. Posteriormente, se presenta una metodología termomecánica multiescala completa, que cubre las escalas nano, micro y macroscópica. En dicha metodología, derivada directamente del Método Multiescala de Primer Orden, las propiedades fundamentales del material se determinan mediante simulaciones de dinámica molecular que se implementan en consecuencia a nivel microestructural por medio de análisis de elementos finitos. Por otro lado, el problema de macroescala se resuelve considerando el efecto de la microestructura mediante homogeneización termo-mecánica en un elemento de volumen representativo (RVE). Finalmente, se proponen dos procedimientos multiescala computacionalmente eficientes capaces de predecir la respuesta mecánica no lineal de materiales compuestos. Esto se logrará utilizando una base de datos (DB) calculada a priori. A través de las definiciones de un parámetro de daño equivalente (d_eq), funciónes de la tensión global de la microescala, se actuarán una serie de pruebas virtuales de la microescala con deformación controlada para almacenar en el DB el estrés y la tensión homogeneizadas alcanzado en ciertos niveles de d_eq. Posteriormente, la solución de la estructura de macroescala mediante el método multiescala de primer orden se reemplazará por la interpolación de los datos almacenados en el DB. El primer método propuesto, llamado Discrete Multiscale Threshold Surface (DMTS), proporcionará la generación de la RVE en la parte no lineal de la estructura, mientras que el segundo, llamado Discrete Multiscale Constitutive Model (DMCM), es completamente independiente del micromodelo porque solo se utiliza la información de estrés almacenada en el DB. En el articulo se ha prestado especial atención a la creación y validación de la base de datos y al estudio de una estructura compuesta completa comparando la aceleración en términos de tiempo computational obtenido.